(57)【要約】【課題】エアゲージが常に有利な離隔距離で作動し、そのパフォーマンス及び有益な測定範囲を最大にするように、測定を行える方法及びシステムを提供すること。【解決手段】対象の表面までの距離を検知するように構成されたエアゲージと、エアゲージの相対位置、及び対象の表面の相対位置を含むグループのうち少なくとも１つを測定するように構成されたセンサとを有しており、エアゲージ及びセンサの各出力側は、結合されたエアゲージリーディングを形成するように結合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象までの距離を測定するための測定装置において、
対象の表面までの距離を検知するように構成されたエアゲージと、
（ｉ）前記エアゲージの相対位置、及び
（ｉｉ）前記対象の表面の相対位置
を含むグループのうち少なくとも１つを測定するように構成されたセンサと
を有しており、
前記エアゲージ及び前記センサの各出力側は、結合されたエアゲージリーディングを形成するように結合されている
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
センサは、エアゲージの測定範囲を超える測定範囲を有している請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
センサは、干渉計、キャップゲージ、及び、エンコーダを含むグループのうち少なくとも１つを含む請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
結合されたエアゲージリーディングは、エアゲージの有効測定範囲を超過する請求項３記載の測定装置。
【請求項５】
計測フレームを有していて、対象までの距離を検出するために構成されている測定装置において、
対象の表面までの距離を検知するように構成されたエアゲージと、
計測フレームに対して相対的な前記エアゲージの運動を測定するためのセンサと、
前記エアゲージの運動を制御して、前記エアゲージ運動を示す出力を形成するための第１の装置と、
前記エアゲージと前記表面との間の距離をほぼ一定値に維持するために、前記第１の装置からの前記出力を受信するための第２の装置
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項６】
センサは、エアゲージの測定範囲を超える測定範囲を有している請求項５記載の測定装置。
【請求項７】
センサは、干渉計、キャップゲージ、及び、エンコーダを含むグループのうち少なくとも１つを含む請求項５記載の測定装置。
【請求項８】
運動は、表面までの検出される距離の方向に測定される請求項５記載の測定装置。
【請求項９】
第１の装置は、計測フレームに対して相対的なエアゲージの運動を制御する請求項５記載の測定装置。
【請求項１０】
第１の装置は、モーションジェネレーティングマシンである請求項５記載の測定装置。
【請求項１１】
モーションジェネレーティングマシンは、アクチュエータとモータを含むグループの少なくとも１つである請求項１０記載の測定装置。
【請求項１２】
第２の装置は、サーボコントローラである請求項５記載の測定装置。
【請求項１３】
更に、エアゲージとセンサからの各出力を結合するための加算装置を有しており、
前記エアゲージと前記センサからの結合された各出力は、前記エアゲージの有効測定範囲を増大する請求項５記載の測定装置。
【請求項１４】
計測フレームを有していて、対象までの距離を検出するように構成された測定システムにおいて、
所定方向に可動のステージ上に取り付けられた対象と、
計測フレーム内に配置されていて、前記対象の表面までの距離を検出するように構成されたエアゲージと、
所定方向に前記ステージまでの距離を検出するように構成されたセンサと、
前記ステージの運動を制御するように構成された制御装置と、
結合された各出力に基づいて、前記対象の表面までの距離をほぼ一定値に維持するようにして、前記エアゲージと前記制御装置からの各出力を結合するための結合装置を有することを特徴とする測定システム。
【請求項１５】
エアゲージは、ほぼ固定されており、
センサは、前記エアゲージの測定範囲を超過する測定範囲を有している請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
センサは、干渉計、キャップゲージ、及び、エンコーダを含むグループのうち少なくとも１つを含む請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
制御装置は、所定の方向にステージの運動を制御するように構成されたサーボコントローラである請求項１４記載のシステム。
【請求項１８】
対象は水である請求項１４記載のシステム。
【請求項１９】
計測フレームを有していて、対象までの距離を検出するために構成された測定装置において、
（ｉ）予荷重の力を形成し、（ｉｉ）対象の表面までの距離を検出するエアゲージと、
計測フレームに対して相対的な前記エアゲージの運動を測定するためのセンサと、
前記予荷重の力と、エアゲージからの液体との、前記対象の表面での相互作用によって、前記距離をほぼ一定に維持し、
前記エアゲージ及び前記センサからの各出力は、結合されて、前記エアゲージのトポロジ測定機能が大きくされていることを特徴とする測定装置。
【請求項２０】
エアゲージは、セルフギャッピング構造を有する請求項１９記載の測定装置。
【請求項２１】
更に、エアゲージの運動を制御するロケーターフォースを有している請求項１９記載の測定装置。
【請求項２２】
ロケーターフォースは、スプリングである請求項２１記載の測定装置。
【請求項２３】
センサは、エアゲージの測定範囲を超過する測定範囲を有している請求項１９記載の測定装置。
【請求項２４】
センサは、干渉計、キャップゲージ、及び、エンコーダを含むグループのうち少なくとも１つを含む請求項１９記載の測定装置。
【請求項２５】
液体は、ガスフィルム及びエアフィルムを有するグループのうち少なくとも１つを有している請求項１９記載の測定装置。
【請求項２６】
少なくともエアゲージを有する測定装置内で対象までの距離を測定するための方法において、
エアゲージを用いて、対象の表面までの距離を検出し、
（ｉ）前記エアゲージの相対位置及び（ｉｉ）前記対象の表面の相対位置を有するグループのうち少なくとも１つを測定し、
前記検出された距離及び測定を結合して、結合された距離測定を形成する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ、特に、リソグラフィシステムで使われるエアゲージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のスタイルのエアゲージは、幾つかのリソグラフィツールで、ウエーハ表面の位置を測定するために使われている。これら通常のエアゲージは、ウエーハ表面の近傍に配置された測定ノズルを有するブリッジを有している。通常のエアゲージは、典型的には、測定コンポーネントの近傍に配置された、又は、測定コンポーネントと同じ環境内に配置された別個の基準ノズルを有している。ウエーハと測定ノズルとの間のギャップが変化するにつれて、測定ノズルを通って流れる流速は変化し、ブリッジ内の差圧又は流れの変化が検出される。
【０００３】
一般的には、測定ノズルは格納式にすることができるけれども、測定ノズルの位置は、測定過程中固定される。同様に、基準ノズルとそのターゲットとの間のギャップは調整可能にしてもよいが、測定過程中固定され続ける。これらの通常のエアゲージによって行われるギャップの測定は、ウエーハ表面が、ブリッジを通って流れる流れがほぼ均衡状態であるような定格のギャップである場合に最も正確であり、測定ギャップが定格値から離れるにつれて、正確でなくなる。ゼロから外れると、エアゲージは、変化及び環境圧力に敏感となり、ギャップと検出された流れ又は圧力との関係は非リニアである。
【０００４】
エアゲージは、ほぼ０．１５０ミリメータ（ｍｍ）より小さな典型的な離隔距離で使用することができる。ウエーハ表面の検出の際に関心のある物理的スケールで、測定感度は、極めて急激に、ほぼＨ−３．３に低下するので、エアゲージ離隔距離値（Ｈ）を相当増大することはできない。そのような小さな離隔距離で、エアゲージノズルと、例えば、ウエーハ表面との衝突の可能性がある。つまり、エアゲージが、ウエーハ位置の範囲を正確に測定するのに要求される程度に、その精度は限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、必要なのは、エアゲージが常に有利な離隔距離で作動し、そのパフォーマンス及び有益な測定範囲を最大にするように、測定を行える方法及びシステムであるということである。特に、必要なのは、エアゲージノズルとウエーハの表面との衝突のリスクを最小にした測定装置にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の簡単な要約
本明細書に広範に記載した実施例のような、本発明の原理と整合して、本発明は、対象までの距離を測定するための測定装置を含む。装置は、対象の表面までの距離を検知するように構成されたエアゲージ、及び、（ｉ）エアゲージの相対位置、及び、（ｉｉ）対象の表面の相対位置を含むグループのうち少なくとも１つを測定するように構成されたセンサを有しており、エアゲージ及びセンサの各出力側は、結合されたエアゲージリーディングを形成するように結合されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、エアゲージ位置は、古典的なネガティブフィードバックループで作動するアクチュエータを用いて制御される。エアゲージリーディングとプログラム可能な設定点値との差は、測定ギャップを一定に維持するのに使うことができる。従って、ウエーハをスキャンする間、エアゲージは、ウエーハ表面からの予めプログラム可能な既知の一定距離を維持し、従って、ウエーハと衝突しないようにすることができる。
【０００８】
それと同時に、エアゲージと固定の空間基準位置との間の可変の距離は、範囲及び精度の両者の所望の特性を持った別個の距離センサによって一定に測定することができる。例えば、光学干渉計、又は、正確なリニアエンコーダを、別個の距離センサとして使うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
測定ギャップを調整（例えば、サーボ制御）するのに対して択一的に、基準ギャップをサーボ制御してもよく、基準ノズルの位置を測定するのに別個のセンサを用いてもよい。このアプローチによると、エアゲージのパフォーマンスを改善することができ、エアゲージ測定ノズルとウエーハ表面との間の衝突を回避することができる。ローフローエアゲージでの最近の開発によると、エアゲージブリッジの容積が低減されて、高い周波数応答特性を持った差動センサが用いられると、エアゲージの全体の帯域幅は、リソグラフィツールアプリケーション用のアクティブなギャップサーボ制御を支持するのに十分に改善することができる。
【００１０】
本発明の別の特徴及び利点、並びに、本発明の種々の実施例の構造及び動作について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
発明の詳細な説明
本発明の図示の実施例を用いて、本発明について、以下詳述する。ほかの実施例も可能であり、本発明の技術思想を逸脱しない限りで、実施例を変えてもよい。従って、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、請求項に記載されている。
【００１２】
以下詳述するように、本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、及び/又は、図示の全ての構成をたくさんの実施例で実施してもよい。本発明を実施する特殊に制御されるハードウェアでコーディングされる何らかの実際のソフトウェアは、本発明の限定ではない。従って、本発明の操作及び動作は、実施例の変形及び変更が可能であるという理解のもとで、実施例で詳細に説明されている。
【００１３】
図１には、本発明の実施例の、通常のガス測定近接センサ１００が示されている。ガス測定近接センサ１００は、マスフロー（質量流量）コントローラ１０６、セントラルチャネル１１２，測定チャネル１１６、基準チャネル１１８、測定チャネルレストリクタ１２０、基準チャネルレストリクタ１２２、測定プローブ１２８、基準プローブ１３０、ブリッジチャネル１３６、マスフローセンサ１３８を有することができる。ガス供給部１０２は、ガスを、所望の圧力でガス測定近接センサ１００内に噴射することができる。
【００１４】
セントラルチャネル１１２は、ガス供給部１０２をマスフローコントローラ１０６に接続し、それから、ジャンクション１１４（例えば、ガス分配又は方向付け部分）で終端する。マスフローコントローラ１０６は、ガス測定近接センサ１００内のフローレートを一定に維持することができる。ガスは、マスフローコントローラ１０６から、チャネル１１２に付けられたアキュムレータ１０８を用いて、多孔質スナッバ１１０を通って押し出される。スナッバ１１０は、ガス供給部１０２によって生じるガス乱流を低減することができるが、それを用いるのは任意である。
【００１５】
スナッバ１１０が設けられていると、ガスは、セントラルチャネル１１２を通ってジャンクション１１４に運ばれる。セントラルチャネル１１２は、ジャンクション１１４で終端し、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とに分けられる。１実施例では、マスフローコントローラ１０６が、十分に低い速度でガスを噴射して、システム全体を通して、層流で、縮まない流体の流れを形成し、不所望なニューマチックなノイズが生じるのを最小にすることができるようになる。
【００１６】
ブリッジチャネル１３６は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に接続されている。ブリッジチャネル１３６は、ジャンクション１２４で測定チャネル１１６に接続している。ブリッジチャネル１３６は、ジャンクション１２６で基準チャネル１１８に接続している。１実施例では、ジャンクション１１４とジャンクション１２４との間の距離、及び、ジャンクション１１４とジャンクション１２６との間の距離は等しい。異なった構成を備えた別の実施例にしてもよい。
【００１７】
ガス測定近接センサ１００内の全てのチャネルは、当該チャネルを通ってガスが流れるようにすることができる。チャネル１１２，１１６，１１８及び１３６は、センサ１００を通るガス流を含み、且つ、誘導することができる導管（例えば、チューブ、パイプ、等）又は別のタイプの構造から形成することができるということは、当業者には明らかである。たいていの実施例では、チャネル１１２，１１６，１１８及び１３６は、曲げ形状、不規則な形状、又は、ニューマチックなノイズを生じることがある不必要な障害物を有しないようにされている。このノイズは、例えば、局所的な乱流又は流れの不安定性が生じることから生起することがある。種々の実施例では、測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８の全長は等しいか、又は、等しくない。
【００１８】
基準チャネル１１８は、基準プローブ１３０の近くで終端している。同様に、測定チャネル１１６は、測定プローブ１２８の近くで終端している。基準プローブ１３０は、基準表面１３４の上に配置されている。測定プローブ１２８は、測定表面１３２の上に配置されている。フォトリソグラフィのコンテキストでは、測定表面１３２は、サブストレート（例えば、ウエーハ、フラットパネル、印字ヘッド等）、又は、サブストレートを支持するステージである。基準表面１３４は、フラットメタルプレートにしてもよいが、この例に限定されない。
【００１９】
ノズルが、測定プローブ１２８及び基準プローブ１３０内に設けられている。実施例のノズルについて、以下図２−４を用いて更に詳述する。ガス供給部１０２によって噴射されるガスは、ノズルからプローブ１２８及び１３０に放射され、測定表面１３２及び基準表面１３４に衝突する。
【００２０】
上述のように、ノズルと相応の測定又は基準表面との間の距離は、離れているようにしてもよい。
【００２１】
１実施例では、基準プローブ１３０は、既知の基準離隔距離（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｔａｎｄｏｆｆ）１４２を以て、固定された基準表面１３４上に配置されている。測定プローブ１２８は、未知の測定離隔距離１４０を以て、測定表面１４２上に配置されている。既知の基準離隔距離１４２は、最適な離隔距離であるようにすることができる所望の一定値として設定されている。そのような装置構成により、測定プローブ１２８の上流側のバックプレッシャ（背圧）は、既知の基準離隔距離１４２の関数である。
【００２２】
離隔距離１４０と離隔距離１４２が等しい場合、構成形態は対称的であり、ブリッジは均衡がとれている。その結果、ブリッジをなしているチャネル１６０をガス流は流れない。他方で、測定離隔距離１４０と基準離隔距離１４２とが異なっている場合、その結果測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に生じる圧力差により、マスフローセンサ１３８を流れるガス流が誘起される。
【００２３】
マスフローセンサ１３８は、中心点にすることができる、ブリッジチャネル１３６に沿って配置されている。マスフローセンサ１３８は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の圧力差によって引き起こされたガス流を検出する。これらの圧力差は、測定表面１３２の垂直方向での位置付けの際の変化の際の変化の結果生じる。
【００２４】
対称的なブリッジが設けられている実施例では、測定離隔距離１４０と基準離隔距離１４２とは等しい。マスフローセンサ１３８は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に圧力差がないので、質量流量を検出しない。他方、測定離隔距離１４０の値と、基準離隔距離１４２の値との間に何らかの差がある場合には、測定チャネル１１６内の圧力と基準チャネル１１８内の圧力との差を生じることがある。非対称な装置構成の場合、固有のオフセットを生じることがある。
【００２５】
マスフローセンサ１３８は、圧力差又は不均衡によって生じたガスフローを検出する。圧力差により、ガスフローが生じ、ガスフローの速度は、測定離隔距離１４０の固有の関数である。つまり、ガスゲージ１００内に流入する流速が一定であるとすると、測定チャネル１１６内のガス圧力と基準チャネル１１８内のガス圧力との差は、離隔距離１４０の大きさと離隔距離１４２の大きさとの差の関数である。基準離隔距離１４２が既知の離隔距離である場合、測定チャネル１１６内のガス圧力と基準チャネル１１８内のガス圧力との差は、測定離隔距離１４０のサイズの関数である（つまり、測定表面１３２と測定プローブ１２８との間の垂直方向軸（Ｚ）に沿った既知の離隔距離）。
【００２６】
マスフローセンサ１３８は、ブリッジチャネル１３６を通るどちらかの方向のガス流を検出する。ブリッジの構成のために、チャネル１１６とチャネル１１８との間に圧力差が生じた場合に限って、ブリッジチャネル１３６を通ってガスフローが生じる。圧力が不均衡である場合、マスフローセンサ１３８は、その圧力不均衡の結果生じたガスフローを検出し、適切な制御関数を開始することができ、この制御関数は、システム１００の適切な部分に接続された任意のコントローラ１５０を用いて実行することができる。マスフローセンサ１３８は、例えば、任意の出力装置１５２を用いて実行することができるビジュアルディスプレイ及び/又はオーディオ指示によって、検出されたフローを指示することができる。
【００２７】
択一的に、マスフローセンサの代わりに、異なった圧力センサ（図示していない）を用いてもよい。当業者には知られているように、異なった圧力センサは、２つの印加圧力間の差として、圧力変化を検出するように設計されている。異なった圧力センサは、２つのチャネル間の圧力差を測定し、この圧力差は、測定離隔距離と基準離隔距離との差の関数である。
【００２８】
任意のコントローラ１５０での制御関数は、正確なギャップ差を計算することができる。別の実施例では、制御機能は、測定離隔距離１４０のサイズを増大したり、又は、減少したりする。これは、圧力差が十分にゼロに近くなるまで、測定プローブ１２８に関して測定表面１３２を動かすことによって達成される。これは、測定表面１３２からの離隔距離と基準表面１３４からの離隔距離との差がもはやない場合に生じる。
【００２９】
マスフローレートコントローラ１０６、スナッバ１１０、レストリクタ１２０及び１２２は、ガス乱流及び他のニューマチックノイズを低減するために使うことができ、それにより、本発明を用いると、ナノメータの精度を達成することができる。これらの要素は全て、本発明の実施例内、又は、所望感度に依存して何らかの組合せで用いることができる。
【００３０】
例えば、アプリケーションが非常に正確な精度を要求する場合、全ての要素を用いることができる。択一的に、アプリケーションが感度をさほど要求しない場合には、多孔質レストリクタ１２０及び１２２の代わりのオリフィスと共に、スナッバ１１０だけを使ってもよい。その結果、本発明によると、特定のアプリケーションの要求にコスト上効率的に適合するような柔軟なアプローチが提供される。
【００３１】
多孔質のレストリクタ１２０及び１２２を使ってもよい。多孔質のレストリクタ１２０及び１２２は、圧力を、たくさんのステップでステップダウンする必要があり、しかも、緩慢にする必要がある場合に、サファイアレストリクタの代わりに使うことができる。これは、乱流を回避するのに使うことができる。
【００３２】
測定チャネル１１６は、レストリクタ１２０を有し、基準チャネル１１８は、レストリクタ１２２を有する。レストリクタ１２０は、その測定チャネル１１６を通って流れるガス流を制限し、レストリクタ１２２は、その基準チャネル１１８を通って流れるガス流を制限する。測定チャネルレストリクタ１２０は、ジャンクション１１４とジャンクション１２４との間の測定チャネル１１６内に配設されている。
【００３３】
同様に、基準チャネルレストリクタ１２２は、ジャンクション１１４とジャンクション１２６との間の基準チャネル１１８内に配設されている。ジャンクション１１４から測定チャネルレストリクタ１２０までの距離と、ジャンクション１１４から基準チャネルレストリクタ１２２までの距離とは等しい。他の実施例では、距離は等しくない。センサが対称的であるという固有の要求はないが、センサが幾何学的に対称的であるならば、センサを使い易い。
【００３４】
図２には、本発明の実施例により構成された測定装置２００が示されている。図２の測定装置の実施例は、例えば、図１に示された測定プローブ１２８を補完するため、乃至、測定プローブ１２８の代わりに使うことができる。特に、測定装置２００によって形成された出力制御信号２０１により、拡張されたエアゲージリーディングが提供される。この拡張されたエアゲージリーディーリングは、測定プローブ１２８から出力され、フィードバックパス１５４に沿って前方に動かされる。
【００３５】
本発明によると、通常のエアゲージセンサの限定の多くは、択一的なセンシング技術を使う装置を備えた通常のエアゲージセンサを取り替えることによって克服することができる。測定装置２００の実施例は、そのような装置の１つである。
【００３６】
本発明の測定装置２００は、センサとターゲットとの間の一定ギャップを維持することによって、通常のガス近接センサの測定範囲を著しく拡張する。この一定ギャップは、センサの位置をサーボ制御するか、又は、ゲージのエラーに対する感度を低減してターゲットをサーボ制御するようにして維持され、このようにして、パフォーマンスを改善することができる。
【００３７】
例えば、通常のエアゲージはかなり正確であるけれども、その精度は、比較的短い距離に制限されている。即ち、ゲージは、典型的には、かなり短い作動距離を有しており、作動距離よりもずっと短い測定範囲を有している。例えば、１０マイクロメータ（μｍ）の距離を測定するように要求があるとするが、しかし、通常のエアゲージセンサは、正確な測定範囲は１μｍでしかないないことがある。
【００３８】
本発明を用いると、エアゲージは、一定ギャップに維持され、ターゲットとエアゲージとの間距離の非常に小さな変化（例えば、数ナノメータオーダーの）を測定するように限定される。その際、例えば、本発明の１実施例では、エアゲージは、エアゲージとターゲットとの間の距離の変化につれて移動又はサーボ制御することができる。
【００３９】
小さな距離を測定するのに限定される場合、エアゲージは、エアゲージとターゲットとの間の距離の非常に小さな変化を測定するようにしさえすればよい。従って、別の検出装置は、エアゲージの移動を測定するのに使われる。コンバイナは、その際、エアゲージ装置の測定された距離を、第２の検出装置の測定された距離に付加して、更に著しく正確な結合された測定リーディングを形成するのに使われる。
【００４０】
上述のように、本発明の測定装置２００は、一層精確な（即ち、拡張された）エアゲージリーディングを形成することができる。この一層精確なリーディングは、出力制御信号２０１によって示される。特に、出力制御信号２０１は、一層精確に、エアゲージと、ウエーハ表面のようなターゲットとの間の距離を示す。
【００４１】
図２の実施例では、例えば、測定装置２００は、可動ウエーハステージ２０４上に取り付けられたウエーハ２０２と関連する距離を測定するのに使うことができる。実際には、ウエーハステージ２０４は、６度の自由度で可動にすることができる。しかし、イラストレーションの目的だけなら、本発明は、ウエーハステージ２０４の水平方向表面に対して垂直方向（Ｚ）の軸に沿って、２度の自由度だけで、移動を測定することにフォーカシングすることができる。
【００４２】
測定装置２００は、計測フレーム２０６を有する。本発明では、用語「計測フレーム」は、基準の隔離されたフレームを示すのに使われ、このフレームは、その関連した測定装置から機械的に隔離することができる。通常の計測フレームは、干渉計及び他の位置センサのような感応コンポーネントを有しており、これらの感応コンポーネントは、計測フレームの構造内の振動及び別の運動から隔離されている。図２の実施例では、計測フレーム２０６は、エアゲージ２０８及びセンサ２１０を有している。センサ２１０は、干渉計、キャップゲージ、エンコーダ、等を有することができる。センサ２１０は、ウエーハステージ２０４までの距離２１１を測定する。
【００４３】
また、計測装置２００内に、モーションジェネレータレーティングマシン２１２，コンバイナ２１４が含まれている。このアプリケーションは、２度の自由度での運動、つまり、垂直方向(Ｚ)軸に沿った運動にフォーカシングされている。モーションジェネレータレーティングマシン２１２は、アクチュエータ、モータ、コントローラ、又は、運動を形成することができる他の装置にすることができる。計測装置２００は、エアゲージ２０８とウエーハ２０２との間の距離２１６を正確に測定するのに使われる。
【００４４】
図２の実施例では、距離２０６は、ほぼ一定のギャップに維持される。つまり、ウエーハ２０２は、所望のようにウエーハステージ２０４に取り付けられている。測定セッション中、距離２１６は、少なくとも僅かしか、例えば、ウエーハ２０２のトポロジでの変化に基づいて、変化しない。図２の実施例では、しかし、ウエーハ２０２のトポロジが変化するけれども、エアゲージ２０８は、ほぼ固定位置に維持される。
【００４５】
ウエーハステージ２０４に取り付けられたウエーハ２０２は、モーションジェネレータレーティングマシン２１２によって（Ｚ）軸に沿って移動される。つまり、（Ｚ）軸に沿った運動の目的は、距離２１６をほぼ一定値に維持するのに必要な何らかの調整を行うことにある。つまり、モーションジェネレータレーティングマシン２１２は、距離２１６が僅かに変化すると直ぐに、（Ｚ）軸に沿ってウエーハステージ２０４を動かす駆動信号２１８を形成する。距離２１６は、ユーザの要求に基づいて予めプログラミングすることができる。
【００４６】
距離２１６が変化すると、これらの変化は、エアゲージ２０８によって検出される。それに応じて、距離２１６の何らかの変化を示す測定信号は、モーションジェネレータレーティングマシン２１２に伝達される。
【００４７】
それに応答して、モーションジェネレータレーティングマシン２１２は、駆動信号２１８を形成して、距離２１６を所定値に再調整するのに必要な量だけ（Ｚ）軸に沿ってウエーハステージ２０４を動かすことができる。それと同時に、フィードバックパス２２０に沿って送られるエアゲージギャップエラー信号は、コンバイナ２１４と伝達される。駆動信号２１８に応じて、ウエーハステージ２０４が動くにつれて、方向（Ｚ）でのウエーハステージ２０４の運動は、センサ２１０によって測定される。
【００４８】
ウエーハステージ２０４の運動（１方向での）のセンサ２１０による測定は、パス２２１に沿ってモーションジェネレータレーティングマシン２１２に送られる。それに応答して、モーションジェネレータレーティングマシン２１２は、駆動信号２１８を形成して、ウエーハステージ２０４を、反対方向に戻すように動かす。モーションジェネレータレーティングマシン２１２によって形成される運動は、量子化され、この量子化値は、パス２２２に沿ってコンバイナ２１４に送られる。それから、コンバイナ２１４は、パス２２０及び２２２に沿って送られたこの値を付加して、結合された測定距離２０１を形成する。
【００４９】
図２に示された実施例によって形成された結合された測定距離２０１は、図１の測定プローブ１２８のように、近接センサの近接の精度を増大するために使うことができる。図１のシステムでは、例えば、結合された測定距離２０１は、距離１４０の一層精確なリーディングとして、パス１５６に沿って送ることができる。
【００５０】
図３は、本発明の別の実施例により構成された測定装置３００のブロック図を示す。図３の実施例では、エアゲージは、ターゲットがほぼ固定位置に維持されつつ、移動又はサーボ制御される。特に、図３の実施例では、しかし、ウエーハ２０２は、ほぼ固定のウエーハステージ３０４上に取り付けられている。
【００５１】
図３の測定装置３００は、図２の測定装置２００で使用された多数のコンポーネントを有することができる。例えば、測定装置３００は、図２の測定装置２００から、エアゲージ２０８、センサ２１０を有する計測フレーム３０４、モーションジェネレータレーティングマシン２１２、及び、コンバイナ２１４を有する。しかし、図３では、計測フレーム３０４は、アクチュエータ３０６を有している。
【００５２】
作動中、モーションジェネレータレーティングマシン２１２は、エアゲージ２０８の位置を調整して、何らかのエアギャップエラーの量を最小にする。例えば、測定セッション中、ウエーハステージ３０２は、水平方向（垂直方向（Ｚ）軸に沿ってほぼ固定）に沿って移動し、エアゲージ２０８は、ウエーハ２０２からの距離３０８をほぼ一定値に維持する。つまり、ウエーハ２０２が水平方向に沿って移動するにつれて、そして、ウエーハ２０２のトポグラフィが変化するにつれて、エアゲージ２０８は、垂直方向（Ｚ）軸に沿ってサーボ制御される。アクチュエータ３０６は、エアゲージ２０８を（Ｚ）軸に沿って移動する。
【００５３】
エアゲージ２０８が移動するにつれて、この運動が、センサ２１０によって検出されて測定される。この運動は量子化され、フィードバックパス３１４に沿って、エアゲージギャップ運動信号の形式で、モーションジェネレータレーティングマシン２１２及びコンバイナ２１４に伝達される。それと同時に、エアギャップエラー信号は、エラーパス３１２に沿ってコンバイナ２１４に伝達される。
【００５４】
モーションジェネレータレーティングマシン２１２は、その際、距離３０８をほぼ一定値に維持するために、アクチュエータ３０６を介してエアゲージ２０８の位置を再調整する。最後に、コンバイナ２１４は、エアゲージギャップエラー信号とエアゲージ運動信号３１３とを結合して、拡張されたエアゲージリーディング３１６を形成する。
【００５５】
拡張されたエアゲージリーディング３１６は、図１の測定プローブ１２８に用いることができる。特に、拡張されたリーディング３１６は、パス１５６に沿って、近接ゲージセンサ１００のようなシステムの全体的な精度を増大するために送ることができる。
【００５６】
図４は、本発明の別の実施例により構成された測定装置４００を示す。図４の測定装置４００は、図３の測定装置３００と同様に作動する。しかし、図４の実施例では、計測フレーム４０２は、図３のエアゲージ２０８の代わりに、セルフギャッピングエアゲージ４０４を有している。通常の当業者に分かるように、セルフギャッピングエアゲージはエアベアリングを有していて、静力及び空力的なデザインの原理に基づいて作動する。
【００５７】
図４の装置４００では、セルフギャッピングエアゲージ４０４は、対象までの距離を検出するためのエアベアリングとして作動する。特に、図４の測定装置４００では、図３に示した、モーションジェネレータレーティングマシン２１２及びアクチュエータ３０８をなくすことができる。セルフギャッピングエアゲージ４０４の運動は、自ら状態を保持することができるので、モーションジェネレータレーティングマシン２１２及びアクチュエータ３０８をなくすことができる。例えば、スプリング（図示していない）によって加えられる予荷重の力４０６により、セルフギャッピングエアゲージ４０４を自動的に再調整することが容易にできるようになる。
【００５８】
作動中、内部で形成された空力的な力及び予荷重の力４０６は共働して、距離３０８をほぼ一定値に維持する。エアゲージ４０４が動くにつれて、エアゲージ４０４の位置は、例えば、位置センサ２１０によって検出され、それに続いて、エアゲージ運動信号４０８をコンバイナ２１４に送る。それと同時に、エアゲージエラー信号４１０は、フィードバックパス４１０に沿ってコンバイナ２１４に送られる。
【００５９】
セルフギャッピングエアゲージ４０４は、例えば、ウエーハ２０２の表面のトポグラフィの変化によって動き、予荷重の力４０６は、一定エアギャップを維持するように、エアゲージの位置を再調整する。このようにして、図４の測定装置４００は、センサ２１０から直接フィードバックせずに、距離乃至ギャップ３０８を一定に維持することができる。エアゲージ運動信号４０８及びエアゲージエラー信号４１０は、コンバイナ２１４内で、結合され、拡張されたエアゲージトポグラフィ測定信号４１４を形成する。
【００６０】
図５は、本発明の実施例を実施する方法５００の例のフローチャートである。図５では、測定装置は、対象の表面までの距離を検出するために使われる。次に、測定装置は、ステップ５０４に示されているように、エアゲージの相対位置、対象の表面の相対位置を含むグループのうち少なくとも１つを測定する。ステップ５０６では、検出された距離及び測定値は、結合されて、拡張されたエアゲージ測定値を形成することができる。
【００６１】
結論
本発明は、例えば、ウエーハ基板の位置が、古典的なネガティブフィードバックループで制御される技術を提供する。このフィードバックループを用いると、エアゲージリーディングとプログラム可能な設定点値との差を、測定ギャップを一定に保持するのに使うことができる。従って、ウエーハのスキャニング中、エアゲージを、ウエーハ表面から、予めプログラムされた既知の一定距離を維持するようにすることができる。
【００６２】
本発明を用いることによって、完全にリニアなリーディングを維持することができつつ、エアゲージの所望の特性の全てを保存することができる。付加的に、離隔距離のプログラム可能性を改善することができる。エアゲージは、そのパフォーマンスを最大にして、有用な測定範囲で、一層有利な離隔距離で作動することができる。それと同時に、エアゲージノズルとウエーハの衝突の危険性を著しく排除することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明について、特定の機能のパフォーマンスと、その関連を示す機能構成ブロック図を用いて上述した。これらの機能構成ブロック図の境界は、説明の都合で、ここでは任意に定義した。択一的な境界は、その特定の機能及び関連を適切に示すように定義することができる。
【００６４】
そのような択一的な境界は、本発明の技術思想の範囲内である。当業者は、これらの機能構成ブロックが、アナログ及び/又はデジタル回路、ディスクリートコンポーネントも、アプリケーション特有の集積回路、ファームウェア、適切なソフトウェアを実行するプロセッサ、等、又は、それらの何らかの結合によって実施することができる。従って、本発明の幅及び範囲は、上述の実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義されている。
【００６５】
特定の実施例の前述の説明は、本発明の本質について一般的に説明するものであり、（ここで引用している内容を含む）当業者の知識を用いて、本発明の一般的な技術思想から逸脱しないで、別の実施例も容易に可能である。従って、そのような変更は、本明細書で説明した技術説明に基づいて、開示された各実施例の意味及び範囲内で行うことができる。この明細書で用いている用語、記述は、説明のために用いたものであって、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ガス近接検出装置のブロック接続図。
【図２】本発明の実施例により構成された、図１の装置で使われている測定装置のブロック接続図。
【図３】本発明の別の実施例により構成された測定装置のブロック接続図。
【図４】本発明の更に別の実施例により構成された測定装置のブロック接続図。
【図５】本発明の実施例を実施する方法の例の流れ図。
【符号の説明】
【００６７】
１００  ガス測定近接センサ
１０２  ガス供給部
１０６  マスフロー（質量流量）コントローラ
１０８  アキュムレータ
１１０  多孔質スナッバ
１１２  セントラルチャネル
１１４，１２４，１２６  ジャンクション
１１６  測定チャネル
１１８  基準チャネル
１２０  測定チャネルレストリクタ
１２２  基準チャネルレストリクタ
１２８  測定プローブ
１３０  基準プローブ
１３２  測定表面
１３４  基準表面
１３６  ブリッジチャネル
１３８  マスフローセンサ
１４０  測定離隔距離
１４２  基準離隔距離
１５０  コントローラ
１５２  出力装置
１５４  フィードバックパス
１５６，２２０，２２１，２２２，３１４  パス
２００  測定装置
２０１  出力制御信号
２０２  ウエーハ
２０４  可動ウエーハステージ
２０６  計測フレーム
２０８  エアゲージ
２１０  センサ
２１１，２１６，３０８  距離
２１２  モーションジェネレータレーティングマシン
２１４  コンバイナ
２１８  駆動信号
３００，４００  測定装置
３０２  ウエーハステージ
３０４  ウエーハステージ
３０６  アクチュエータ
３１２  エラーパス
３１３  エアゲージ運動信号
３１６  エアゲージリーディング
４０２  計測フレーム
４０４  セルフギャッピングエアゲージ
４０６  予荷重の力
４０８  エアゲージ運動信号
４１０  エアゲージエラー信号
４１４  エアゲージトポグラフィ測定信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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